CN110693709A - 应用于艾灸装置的温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于艾灸装置的温度控制系统及方法，该系统包括距离传感器、温度传感器、温度控制器、舵机和电源单元，所述距离传感器、温度传感器、舵机分别与所述温度控制器连接，所述舵机用于驱动夹持有艾灸材料的机械臂移动，所述距离传感器用于采集机械臂末端或艾灸材料顶端与受灸穴位之间的距离，所述温度传感器用于采集受灸穴位温度，所述温度控制器根据采集到的所述温度及所述距离输出相应控制信号给所述舵机。本发明系统及方法可以将受灸穴位温度快速稳定控制在给定的范围内，使得受灸者的体验更好，且增强灸疗效果。

Description

应用于艾灸装置的温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及艾灸技术领域，特别涉及一种应用于艾灸装置的温度控制系统。

背景技术

艾灸是中医针灸疗法中的灸法，是用艾叶制成的艾灸材料(如艾条)产生的艾热刺激体表穴位或特定部位，通过激发经气的活动来调整人体紊乱的生理生化功能，从而达到防病治病目的的一种治疗方法。传统的人体艾灸方式是采用人工手动的方式进行移动艾灸，由于人工操作时间长了特别容易疲劳，肌肉酸痛，因此市场上出现了各种艾灸仪，即通过机械部件(如艾灸盒)抓持艾灸材料，能够解决人体操作容易疲劳的问题。艾条在不断燃烧过程中与人体皮肤之间的距离在不断变化，因此感受到的温度也会不断变化，而目前的艾灸仪一般只会根据既定的加热功率控制方法实现各种灸法，然而加热功率控制速度慢，而且与人体受灸穴位的距离相对固定，因此受灸者的体验不好，且灸疗效果也有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于艾灸装置的温度控制系统及方法，可以实现将人体皮肤感受温度控制在稳定区间内。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。

一种应用于艾灸装置的温度控制系统，包括距离传感器、温度传感器、温度控制器、舵机和电源单元，所述距离传感器、温度传感器、舵机分别与所述温度控制器连接，所述舵机用于驱动夹持有艾灸材料的机械臂移动，所述距离传感器用于采集机械臂末端或艾灸材料顶端与受灸穴位之间的距离，所述温度传感器用于采集受灸穴位温度，所述温度控制器根据采集到的所述温度、所述距离、设定的温度阈值和距离阈值，输出相应控制信号给所述舵机。

上述系统中，通过温度传感器采集受灸穴位温度，距离传感器采集机械臂末端或艾灸材料与受灸穴位之间的距离，温度控制器则根据采集到的温度及距离输出相应控制信号给舵机，继而控制舵机驱动机械臂移动，调整机械臂与受灸穴位之间的距离，使得受灸穴位的温度控制在设定的温度范围内。

作为一种实施方式，所述距离传感器为激光测距传感器。激光测距传感器的测量精度高，因此采用激光测距传感器有助于提高温度控制精度。

进一步地，所述电源单元包括12V转6V模块、6V转5V模块、5V转3.3V模块，所述温度传感器与5V转3.3V模块的输出端连接，所述激光测距传感器与6V转5V模块的输出端连接，所述舵机与12V转6V模块的输出端连接。基于具体部件的选择，电源单元提供了多个供电模块，以适应各个耗电部件的用电需求。

在进一步优化的方案中，上述系统还包括控制面板，所述控制面板中布置有温度设定按键，所述温度设定按键与所述温度控制器连接。由于每个人的温度感知敏感性存在差异以及体质存在差异，所以通过设置控制面板设置适宜以便于进行不同温度设置，以适应不同受灸者，避免同一温度用于全部人群所存在的灸疗效果差的问题。

另一方面，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种应用于艾灸装置的温度控制方法，包括以下步骤：

实时采集受灸穴位的温度，以及采集艾灸材料或者夹持艾灸材料的机械臂末端与受灸穴位之间的距离；

根据采集到的温度值、距离值以及预先设定的温度阈值和距离阈值，计算得到需要调整的距离差值，将所述距离差值转换为机械臂可执行的控制信号输出给舵机，以调整机械臂与受灸穴位之间的距离，使得受灸穴位的温度控制在设定的温度范围内。

在进一步优化的方案中，在调整机械臂与受灸穴位之间的距离时，机械臂与受灸穴位之间的距离大于等于设定的距离下限阈值，小于设定的距离上限阈值。设置距离上限阈值和距离下限阈值，实际是实现温度上限控制和温度下限控制，继而可以避免温度感知不敏感者因温度过高而灼伤，也可以避免因温度过低而丧失灸疗效果。

与现有技术相比，本发明系统及方法可以将受灸穴位温度快速稳定控制在指定的范围内，使得受灸者的体验更好，且增强灸疗效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例中温度控制系统的工作原理图。

图2为实施例中电源单元的电气原理图。

图3为实施例中温度传感器的电气原理图。

图4为实施例中激光测距传感器的电气原理图。

图5为实施例中舵机的电气原理图。

图6为实施例中温度控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例中提供了一种应用于艾灸装置的温度控制系统，包括距离传感器、温度传感器、温度控制器、舵机、控制面板和电源单元，距离传感器、温度传感器、舵机、控制面板分别与温度控制器连接，距离传感器、温度传感器、温度控制器、舵机、控制面板分别与电源单元连接。距离传感器优选采用激光测距传感器或超声波测距传感器。

更具体地，如图2所示，本实施例中电源单元包括12V转6V模块、6V转5V模块、5V转3.3V模块，舵机与12V转6V模块的输出端连接，12V转6V模块的作用是将12V直流电转换为6V直流电，以便为舵机供电。6V转5V模块的输入端与12V转6V模块的输出端连接，激光测距传感器与6V转5V模块的输出端连接，6V转5V模块的作用是将6V直流电转换为5V直流电，以便为激光测距传感器供电。5V转3.3V模块的输入端与6V转5V模块的输出端连接，温度传感器与5V转3.3V模块的输出端连接，5V转3V模块的作用是将5V直流电转换为3V直流电，以便为温度传感器供电。

如图5所示，舵机与温度控制器连接，机械臂夹持艾灸材料(例如艾条)，舵机与机械臂连接，用于在温度控制器的控制下驱动机械臂移动，继而实现艾条的位置移动，例如实现各种灸法，例如回旋灸、雀啄灸、悬灸，又例如实现艾条与受灸穴位之间的距离调节。

如图4所示，距离传感器与温度控制器连接，距离传感器安装于机械臂上，用于实时采集机械臂的末端或艾灸材料与受灸穴位之间的距离。

如图3所示，温度传感器与温度控制器连接，温度传感器设置于受灸穴位上方(悬空)或者皮肤上(紧贴)，用于实时采集受灸穴位温度。

控制面板中布置有温度设定按键和启停按键，温度设定按键和启停按键分别与温度控制器连接，按下启停按键后可启动或关闭系统，通过温度设定按键可以设置参考温度，以供温度控制器使用。如果不设定参考温度，则温度控制器以默认的温度值为参考温度。由于每个人的身体状况不同，所以使疗效更好的灸疗温度会有差别，通过设置温度设定按键，便于受灸者设定参考温度，以实现在最佳温度下进行艾灸，增强灸疗效果。

本实施例中，温度控制器包括单片机以及集成于单片机中的温度控制软件系统，温度控制器根据温度传感器采集到的温度值，以及距离传感器采集到的距离值，输出相应控制信号给舵机，以使舵机控制机械臂执行相应的位置调整动作。

具体地，首先，施灸者根据当前患者的情况，设定合适的距离阈值(艾条与患者皮肤之间的距离)和温度阈值。距离阈值即是指参考距离，温度阈值即是指参考温度。

然后，温度控制器根据温度传感器测得患者受灸穴位的当前温度，输出得到该当前温度下，机械臂的末端或艾灸材料与受灸穴位之间的应该具有的距离D，距离的表达式为

其中，D表示温度控制器的输出距离，可称之为理论距离，D_threshold表示距离阈值，T表示温度传感器检测得到的当前温度，T_threshold表示温度阈值，k、a是系数，可以通过多次试验求取出具体取值。在一个实验例中，k＝0.5，a＝3。

然后，温度控制器将输出距离D与距离传感器检测得到的当前距离作差，计算得到距离差值，将该距离差值转换为相应的控制信号给舵机，使得舵机控制机械臂执行相应的位置调整动作后，即可使得机械臂的末端或艾灸材料与受灸穴位之间的距离达到该输出距离D。将距离差值转换为机械臂可执行的控制信号为现有技术，例如经过机器人正运动学方程计算得到位置变换矩阵，再经过逆解优化后的逆运动学方程求解得到机械臂的关节的角度值，输出给舵机以控制机械臂执行相应的动作，从而达到自动调节温度的目的。

请参阅图6，本实施例中同时提供了一种基于上述系统实现的温度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，利用温度传感器实时采集受灸穴位的温度，并将采集信号传输给温度控制器。

步骤2，利用激光测距传感器实时采集艾灸材料与受灸穴位之间的距离，或者夹持艾灸材料的机械臂末端与受灸穴位之间的距离，并将采集信号传输给温度控制器。

步骤3，温度控制器根据设定的温度阈值、距离阈值、温度传感器采集到的当前温度值，输出得到该当前温度下的理论距离D，然后再根据距离传感器采集到的当前距离计算理论距离与当前距离之间的差值，根据差值输出相应的控制信号给舵机，使得舵机调整机械臂与受灸穴位之间的距离，进而使得受灸穴位的温度控制在设定的温度范围内。理想状态下，通过上述方法会使得受灸穴位的温度控制在适宜的参考温度值，但是实际上会在参考温度值左右轻微变化，因此严格意义讲是一个温度范围。

经过上述温度控制后，可以保障艾灸材料与受灸穴位之间在适宜的距离范围内。但是基于安全考虑，避免因温度控制器计算错误而导致艾灸材料与受灸穴位之间的距离过近而灼伤受灸者皮肤，以及避免因距离过远(温度过低)而丧失灸疗效果，因此，在步骤3中，设定了距离下限阈值和距离上限阈值，在调整机械臂与受灸穴位之间的距离时，机械臂与受灸穴位之间的距离大于等于设定的距离下限阈值，小于设定的距离上限阈值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种应用于艾灸装置的温度控制系统，其特征在于，包括距离传感器、温度传感器、温度控制器、舵机和电源单元，所述距离传感器、温度传感器、舵机分别与所述温度控制器连接，所述舵机用于驱动夹持有艾灸材料的机械臂移动，所述距离传感器用于采集机械臂末端或艾灸材料顶端与受灸穴位之间的距离，所述温度传感器用于采集受灸穴位温度，所述温度控制器根据采集到的所述温度、所述距离、设定的温度阈值和距离阈值，输出相应控制信号给所述舵机。

2.根据权利要求1所述的应用于艾灸装置的温度控制系统，其特征在于，所述距离传感器为激光测距传感器。

3.根据权利要求2所述的应用于艾灸装置的温度控制系统，其特征在于，所述电源单元包括12V转6V模块、6V转5V模块、5V转3.3V模块，所述温度传感器与5V转3.3V模块的输出端连接，所述激光测距传感器与6V转5V模块的输出端连接，所述舵机与12V转6V模块的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的应用于艾灸装置的温度控制系统，其特征在于，还包括控制面板，所述控制面板中布置有温度设定按键，所述温度设定按键与所述温度控制器连接。

5.应用于艾灸装置的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时采集受灸穴位的温度，以及采集艾灸材料或者夹持艾灸材料的机械臂末端与受灸穴位之间的距离；

根据采集到的温度值、距离值以及预先设定的温度阈值和距离阈值，计算得到需要调整的距离差值，将所述距离差值转换为机械臂可执行的控制信号输出给舵机，以调整机械臂与受灸穴位之间的距离，使得受灸穴位的温度控制在设定的温度范围内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在调整机械臂与受灸穴位之间的距离时，机械臂与受灸穴位之间的距离大于等于设定的距离下限阈值，小于设定的距离上限阈值。

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